一種用粉煤灰降解有機廢水的方法
2023-10-11 20:42:14
專利名稱：一種用粉煤灰降解有機廢水的方法
技術領域：
本發明涉及一種有機廢水(汙水)的處理方法，尤其涉及利用粉煤灰吸附降解廢水中有機物的方法。
背景技術：
粉煤灰為球形或微珠的集合體，直徑1μm～100μm，比重在2.02～2.56之間，CaO和Fe2O3含量增加，比重增加，而未燃燼炭量增加時比重會減少。粉煤灰的白度為26～66，受制於Fe2O3的含量。BET比表面積波動於0.7m2/g～36.6m2/g，受未燃燼炭的影響，並隨未燃燼炭量的增加而增加。完全脫炭的粉煤灰的BET比表面積為0.5m2/g～1.5m2/g。粉煤灰中SiO2，Al2O3，Fe2O3三種成份佔70％以上，CaO和MgO的含量隨原煤的組成和產出時代不同而變化，一般在0.2％～10％之間變動。粉煤灰主要由非晶態玻璃相構成，結晶礦物包括石英、莫來石、赤鐵礦、磁鐵礦、石灰和石膏。其中，石英為主要結晶相，而莫來石的形成與原煤中矽、鋁礦物(如高嶺石)的熱分解有關。粉煤灰中礦物狀態的構成比率受炭質和燃燒冷卻條件控制，其pH值可以從弱酸性向強酸性過渡。
我國是世界上最大的產煤國和耗煤國，燃煤佔了我國能源結構的70％，2000年己達1.6億噸，為處置這些粉煤灰而建的儲灰場佔據了大量的土地與消耗了大量的水，且目前我國粉煤灰的利用率只有30％，大部分集中在建築材料方面。因此，怎樣處置粉煤灰、提高它的利用率對我國而言是一個重要的問題。粉煤灰是我國排放量最大的一種工業固體廢物，對環境和人體造成了很大的危害，因此我國己決定把粉煤灰的綜合利用作為固體廢物利用的突破口。目前我國粉煤灰的排放與利用特徵是排放量大、綜合利用率低。粉煤灰綜合利用率在25％～30％，絕大部份集中在建築和建材行業，高附加值的利用率較少。
例如，公開號為CN1273944A的中國專利將粉煤灰堆存作為滲濾床和氧化床，使廢水和汙水收到粉煤灰的滲濾、吸附和陽光、空氣的生物氧化分解淨化。公開號為CN1064664A的中國專利將焦化廠的含有氰化物、硫化物、油、酚等汙染物的焦化廢水先經生化處理，再以粉煤灰作為吸附劑，採用管道化的灰水漿態床吸附，固液分離後，含汙染物的粉煤灰用於燒制內燃磚；水再經化學處理及焦渣過濾後，作為循環水的補充水予以利用。這些利用粉煤灰對有機汙染物只進行吸附作用，沒有對有機物進行深度氧化處理，且處理廢水的技術成本比較高。
發明內容
本發明的目的是，針對現有技術的不足，提供一種能以粉煤灰作為吸附劑和催化劑的、對有機物進行高效、深度氧化處理的有機廢水的方法。
為達發明目的，提供了這樣一種用粉煤灰降解有機廢水的方法。該方法也是採用粉煤灰作為廢水中有機物的吸附劑。與現有採用粉煤灰作為吸附劑的方法相比，不同的步驟是a、將粉煤灰與廢水充分混合，其粉煤灰與廢水的質量比為0.8％～1.5％；b、調節廢水混合液的酸度，把pH值控制在為1～4之間；c、在廢水混合液中加入過氧化氫，其加入量為廢水混合液質量的0.25％～0.4％，以使其與粉煤灰中的可溶性金屬離子形成類Fenton試劑；d、讓廢水混合液通過有微波場的玻璃或陶瓷管道，該廢水混合液中的每一質點通過管道的時間3～5min；微波頻率為2000～2800MHz，功率600～1000W；e、最後，過濾、沉澱、檢測，收集含汙染物的粉煤灰，排放或循環利用已處理水。
本發明的優越性如下與現有的採用粉煤灰作為吸附劑的方法相比較。由於本發明巧妙且合理地利用了粉煤灰中含有的三氧化二鐵等過渡金屬氧化物。在酸性條件下，這些過渡金屬氧化物部分溶解生成過渡金屬離子。過渡金屬離子能與過氧化氫形成類Fenton試劑，產生了氧化性極強的羥基自由基。在微波的促進下，更能深度氧化廢水中的有機物，提高了過氧化氫的利用效率。與現有的採用粉煤灰作為吸附劑的方法相比較，本發明不但因能對有機物進行深度氧化處理、而使降解有機廢水的處理能力大大增強，並且由於減少了生化處理過程而使得處理效率有了極大的提高；同時還節約了生化池的設置，降低廢水的處理成本。
進一步講，在本發明中，粉煤灰又作為一種催化劑被利用。與另外現有的微波催化降解有機化合物的方法相比較，粉煤灰比硫酸鐵等其它作為化工產品的催化劑的來源更廣泛，成本更低廉。因為，粉煤灰作為多孔結構材料，不但能吸附廢水中的有機物，也能吸收微波能，使有機物能在粉煤灰上集中處理；而用微波加熱，無溫度梯度、熱量利用率高、反應迅速。本發明用微波加熱、促進後，能在粉煤灰內部形成一些「熱點」，極大地提高了吸收微波能的效率，產生羥基自由基的效率高，礦化、降解有機物徹底。
總之，本發明為實現粉煤灰的綜合利用和高效、快速地降解有機廢水，並實現廢水的資源化利用提供了一種有廣闊前景的方案。
下面結合附圖和實施具體實施方式
，對本發明作進一步的說明。
圖1微波功率與脫色率的關係2過氧化氫的用量與COD去除率的關係圖具體實施方式
一種用粉煤灰降解有機廢水的方法，該方法採用粉煤灰作為廢水中有機物的吸附劑。該方法包括以下步驟a、將粉煤灰與廢水充分混合，粉煤灰與廢水的質量比為0.8％～1.5％；b、調節廢水混合液的酸度，其pH值為1～4；c、在廢水混合液中加入過氧化氫，其加入量為廢水混合液質量的0.25％～0.4％，以使其與粉煤灰中的可溶性金屬離子形成類Fenton試劑；d、讓廢水混合液通過有微波場的玻璃或陶瓷管道，每一質點通過管道的時間3～5min；微波頻率為2000～2800MHz，功率600～1000W；e、最後，過濾、沉澱、檢測，收集含汙染物的粉煤灰，排放或循環利用已處理水。
披露至此，本領域的技術人員已經能夠清楚地看出，本發明與現有的採用粉煤灰作為廢水中有機物的吸附劑的降解方法相比較，其區別在於，本發明在降解過程中加入了現有方法中沒有加入過的過氧化氫，並且採用了現有方法中沒有採用過的用微波加熱作為促進手段的步驟。雖然，長期以來現有技術中沒有本發明區別特徵中所述的步驟，但是，畢竟查閱、研究本發明的是本領域的技術人員，因此，加入過氧化氫的裝置和所述管道中的微波加熱裝置就不贅述了；方案中步驟e的所有工序，也均可採用現有的任何方法與裝置。
為確保(或曰進一步提高)降解效率從把粉煤灰與廢水混合開始，到步驟e的過濾工序之前，均用攪拌裝置在混合過程中和對混合液進行攪拌。同樣顯然的是，對本領域的技術人員來講，所述攪拌裝置也不必贅述。
顯然，實際操作時的工藝參數(或配比)值，應當根據粉煤灰的來源不同而調整。根據多數粉煤灰的情況，通常在下述工藝參數(或配比)範圍內選取較好，即在步驟a中，粉煤灰與廢水的質量比為1％～1.2％；在步驟b中，pH值為2～3；在步驟c中，加入的過氧化氫量為廢水混合液質量的0.25％～0.35％；在步驟d中，廢水混合液的每一質點通過管道的時間4～5min，微波功率600～800W。
作為驗證本發明的、在實驗室中作對比試驗後、得出的更好工藝參數(或配比)值是在步驟a中，粉煤灰與廢水的質量比為1％；在步驟b中，pH值為3；在步驟c中，加入的過氧化氫量為廢水混合液質量的0.3％；在步驟d中，廢水混合液的每一質點通過管道的時間5min；微波頻率為2450MHz，功率800W。
其中粉煤灰是重慶南桐煤礦產的一級煙煤，燃燼後收集的；pH值調節是用硫酸和氫氧化鈉；過氧化氫濃度為30％，換算後，再按步驟c中的比例加入；微波加熱裝置是微波爐；驗證時的檢測試劑是甲基橙溶液。
檢測內容(a)脫色率測定——用分光光度計分析處理後剩餘甲基橙溶液的濃度。
脫色率α＝(甲基橙初始濃度-處理後甲基橙剩餘濃度)/甲基橙初始濃度×100％(b)COD去除率的測定——用重鉻酸鹽法(GB11914-89)測定甲基橙溶液處理前後的COD值。
COD去除率＝(甲基橙溶液初始COD濃度-處理後溶液的COD)/甲基橙溶液初始COD濃度×100％驗證對比結果如下表
考察微波功率與脫色率的關係發現(參看圖1)微波功率的增大，有助於甲基橙溶液的脫色。因為提高微波的功率，溶液的主體溫度增加，使粉煤灰的吸附能力增強，也加速了羥基自由基氧化有機化合物的進程。但微波功率在600W以後，甲基橙的脫色率都接近99.9％。
考察過氧化氫用量與COD去除率的關係發現(參看圖2)偶氮染料廢水是難生物降解的有機廢水之一。甲基橙具有典型的偶氮結構，本專利以甲基橙作為模擬偶氮染料廢水。加入的過氧化氫作為氧化劑，粉煤灰作為吸附偶氮染料廢水的吸附劑和催化H2O2產生氧化性極強的羥基自由基，從而吸附降解偶氮染料廢水。過氧化氫的用量為甲基橙體積的0.8％時，其COD去除率最高，能達到71.4％。過量的過氧化氫能增加處理後溶液中的COD值。
權利要求
1.一種用粉煤灰降解有機廢水的方法，該方法採用粉煤灰作為廢水中有機物的吸附劑，其特徵在於，該方法包括以下步驟a、將粉煤灰與廢水充分混合，粉煤灰與廢水的質量比為0.8％～1.5％；b、調節廢水混合液的酸度，其pH值為1～4；c、在廢水混合液中加入過氧化氫，其加入量為廢水混合液質量的0.25％～0.4％，以使其與粉煤灰中的可溶性金屬離子形成類Fenton試劑；d、讓廢水混合液通過有微波場的玻璃或陶瓷管道，每一質點通過管道的時間3～5min；微波頻率為2000～2800MHz，功率600～1000W；e、最後，過濾、沉澱、檢測，收集含汙染物的粉煤灰，排放或循環利用已處理水。
2.根據權利要求1所述的用粉煤灰降解有機廢水的方法，其特徵在於在步驟a中，粉煤灰與廢水的質量比為1％～1.2％；在步驟b中，pH值為2～3；在步驟c中，加入的過氧化氫量為廢水混合液質量的0.25％～0.35％；在步驟d中，廢水混合液的每一質點通過管道的時間4～5min，微波功率600～800W。
3.根據權利要求2所述的用粉煤灰降解有機廢水的方法，其特徵在於在步驟a中，粉煤灰與廢水的質量比為1％；在步驟b中，pH值為3；在步驟c中，加入的過氧化氫量為廢水混合液質量的0.3％；在步驟d中，廢水混合液的每一質點通過管道的時間5min；微波頻率為2450MHz，功率800W。
4.根據權利要求1或3所述的用粉煤灰降解有機廢水的方法，其特徵在於從把粉煤灰與廢水混合開始，到步驟e的過濾工序之前，均有攪拌裝置在混合過程中和對混合液進行攪拌。
全文摘要
一種用粉煤灰降解有機廢水的方法。其步驟是a、將粉煤灰與廢水充分混合，其質量比為0.8％～1.5％；b、調節廢水混合液的pH值為1～4；c、在廢水混合液中加入過氧化氫，以使其與粉煤灰中的可溶性金屬離子形成類Fenton試劑；d、讓廢水混合液在3～5min內通過有微波場的玻璃或陶瓷管道；e、最後過濾、沉澱、檢測，收集含汙染物的粉煤灰，排放或循環利用已處理水。本發明巧妙地利用了粉煤灰中含有的三氧化二鐵等過渡金屬氧化物，使與過氧化氫形成類Fenton試劑；粉煤灰的多孔結構能對微波能進行良好吸收，在微波的促進下，能對有機物進行吸附—催化氧化，達到深度氧化處理的目的；極大地提高了對COD的去除率；還節約了生化池的設置，降低了廢水處理成本。
文檔編號C02F1/28GK1837076SQ20061005420
公開日2006年9月27日 申請日期2006年4月7日 優先權日2006年4月7日
發明者劉作華, 陶長元, 杜軍, 劉仁龍, 孫大貴 申請人:重慶大學